Pürüzsüz ve Pasif AkÕú Kontrolü UygulanmÕú Kürelerin PIV Deney

Pürüzsüz ve pasif akÕú kontrolü uygulanmÕú kürelerin PIV deneylerinden elde edilen anlÕk ve zaman ortalamasÕ alÕnmÕú sonuçlarÕ bu bölümde úekiller halinde verilmiútir. Elde edilen sonuçlar için üç pasif akÕú kontrolüne sahip küre ile pürüzsüz kürenin akÕú yapÕsÕ üzerindeki etkileri karúÕlaútÕrÕlmalÕ olarak sunulmuú ve akÕú kontrolüne sahip kürelerin pürüzsüz küreye göre avantajlarÕ yorumlanmÕútÕr. PIV deneyleri Reynolds sayÕsÕnÕn 5000 de÷eri için daldÕrma oranÕ aralÕ÷ÕnÕn 0.25” h/D”3.0 oldu÷u durumlarda yapÕlmÕútÕr.

Pasif akÕú kontrolü uygulanan küreler ile pürüzsüz küreler için 0.25” h/D ”3.0 daldÕrma oranÕ aralÕ÷Õnda yapÕlan PIV deneyleri sonuçlarÕndan elde edilen anlÕk girdap eú düzey e÷rileri Z karúÕlaútÕrÕlarak ùekil 4.25 ve 4.26'da verilmiútir.

Elde edilen sonuçlar kürenin çevresinde oluúan akÕú yapÕsÕnÕn su içerisine tamamen daldÕrÕlan küre durumuna göre 0.25”h//D”1.25 daldÕrma aralÕ÷Õnda tamamen suya daldÕrÕlan küre durumuna göre önemli farklÕlÕklar göstermektedir. Bu farklÕ akÕú yapÕsÕnÕn nedeni serbest yüzeye yakÕn yerde oluúan girdaplarÕn oluúturdu÷u akÕú ayrÕlmasÕ ve oluúan küçük ölçekli girdaplarÕn yüzeye çarpmasÕ ile oluúturdu÷u etkiden kaynaklanmaktadÕr. Kürenin üst tarafÕndan akÕú oluúmadÕ÷Õ sürece Karman girdap caddelerinin de oluúmadÕ÷Õ gözlenmiútir. Kürenin su içerisine kÕsmen daldÕrÕldÕ÷Õ durumda h/D=0.25, 0.5 ve 0.75 kürenin su ile temas eden yüzey kÕsmÕndan ayrÕlan akÕú kÕsa mesafede yüzeyle birleúmektedir. Bu bölge içerisinde ters akÕú úiddetli bir úekilde oluúmaktadÕr. Küreden ayrÕlan akÕúla oluúan girdaplar bütünleúerek uzamakta ve yüzeye çarparak sönümlenmektedir.

AyrÕlmÕú kayma tabakasÕnÕn içinde oluúan ve geliúen küçük ölçekli dönümsel yapÕlara ba÷lÕ olarak düúük seviyeli girdaplarÕn oluútu÷u bölgelerde anlÕk girdaplarÕn oluúturdu÷u yapÕlar görülmektedir. Resimlerden görüldü÷ü gibi pürüzlü ve ortasÕ delik kürenin art izi bölgesinde, küçük ölçekli ikincil girdaplarÕn kayna÷Õ olan düúük de÷erli hÕz vektörleri oluúmaktadÕr. AkÕm yönündeki ayrÕlmalarÕn neden oldu÷u ardÕúÕk dönümler pürüzsüz küre için yakÕn art izi bölgesinde delikli olana göre daha büyük bir maksimum noktasÕna ulaúmÕútÕr. AkÕú üç boyutludur ve kopan girdaplar serbest akÕm bölgesindeki akÕúkanÕn art izi içine delikten sa÷lanan momentumla birlikte daha büyük de÷erde momentum transferi sa÷lamaktadÕr. Bununla birlikte, küre ortasÕna açÕlan delik etkisi akÕú yapÕsÕnda sadece küçük bir de÷iúim oluúturmuútur. Di÷er taraftan,

Suryanarayana ve Prabhu (2000)’nun belirtti÷i gibi, kürede oluúturulan ventilasyon etkisinin art izi bölgesi kararsÕzlÕ÷ÕnÕ muhtemelen rastgele dönen 3 boyutlu girdap yapÕlarÕnÕn kararlÕlaútÕrÕlmasÕ/zayÕflatÕlmasÕyla azalttÕ÷ÕnÕ ifade etmiútir. OrtasÕ delik küre sonuçlarÕndan görüldü÷ü gibi art izinde jet akÕútan kaynaklanan ikincil girdaplar oluúmaktadÕr. Art izi akÕú yapÕsÕndaki kararsÕzlÕ÷Õn sürüklenme katsayÕsÕnda her hangi bir düúmeyle sonuçlanmayaca÷Õ söylenebilir.

Büyük ölçekli girdaplarÕn kopma bölgeleri yavaú ve düzensiz bir úekilde dönmektedir ve aúa÷Õ akÕm yönünde dönerek ilerlemektedir. Serbest yüzeyin úiddetli etkisi açÕklÕk oranÕ h/D=1.5 oluncaya kadar baskÕn olarak devam etmektedir. Serbest yüzeyle küre alt noktasÕ arasÕndaki mesafe h/D=1.0'den h/D=1.1’e çÕkarÕldÕ÷Õnda, akÕúÕn serbest yüzeye tekrar birleúti÷i nokta akÕm yönüne ters yönde küreye do÷ru kaymaktadÕr. AkÕú yapÕsÕ açÕklÕk oranÕ h/D=1.5 de÷erinden büyük oluncaya kadar çok çalkantÕlÕ bir hal almakta ve küçük hÕz da÷ÕlÕmlarÕyla birlikte küçük ölçekli girdaplar oluúmaktadÕr. AyrÕlan akÕú serbest yüzeyle tekrar birleúmektedir. Bu birleúme noktasÕ kürenin daldÕrma oranÕ artÕkça artmaktadÕr.

ùekil 4.25. Serbest su yüzeyi etkisi altÕnda olan konuma yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, delikli

küre d/D=0.15 ve o-ringli küre (55o'de 2mm o-ring) durumunda akÕú yapÕsÕnÕn anlÕk girdap eú düzey e÷rilerinin Z küreyle serbest su yüzeyi arasÕndaki daldÕrma oranÕ de÷erlerinin 0.5”G/D”1.25 aralÕ÷Õnda ve Reynolds sayÕsÕnÕn Re=5000 de÷eri için karúÕlaútÕrÕlmasÕ.Eú düzey e÷rilerinin minimum de÷eri ve eú düzey e÷rileri arasÕndaki artÕmŇZ Ňmin=ҨZ Ňmin= 2’dir.

Küre art izi bölgesinde çok karmaúÕk, düúük ölçekli girdaplar oluúmakta ve buda kararsÕz bir yapÕ oluúturmaktadÕr. Küre su içerisine daha da daldÕrÕldÕkça kürenin çevresi boyunca akÕú ayrÕlmasÕ oluúmaktadÕr. Ancak, kürenin alt bölgesinden oluúan ayrÕlmanÕn úiddetli olmasÕndan dolayÕ, simetrik olmayan ayrÕlmÕú akÕú bölgesi serbest yüzeyle tekrar birleúmektedir. Bu durum h/D=1.5’e kadar devam etmekte ve daha yüksek daldÕrma oranlarÕnda 1.5”h//D”3.0 ayrÕlmÕú akÕú bölgesi yüzeyle birleúmeden akÕm yönünde sönümlenerek serbest akÕm úartlarÕna ulaúmaktadÕr.

GirdaplarÕn maksimum de÷erleri, kürenin alt ve üst tarafÕndan oluúan girdaplarÕn úiddetleri, ayrÕlmÕú akÕúÕn yüzeyle birleúmesi daldÕrma oranÕ h/D’ye ba÷lÕ olarak önemli oranda de÷iúmektedir. Buna ba÷lÕ olarak akÕm çizgilerinin odaklarÕ ve durma noktalarÕ

etkilenmektedir. Bu de÷iúimin sonuçta kürenin anlÕk yüklenmesini önemli oranda de÷iútirece÷i söylenebilir.

ùekil 4.26. Serbest su yüzeyi etkisi altÕnda olan konuma yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, delikli

küre d/D=0.15 ve o-ringli küre (55o'de 2mm o-ring) durumunda akÕú yapÕsÕnÕn anlÕk girdap eú düzey e÷rilerinin Z küreyle serbest su yüzeyi arasÕndaki daldÕrma oranÕ de÷erlerinin 1.5”G/D”3.0 aralÕ÷Õnda ve Reynolds sayÕsÕnÕn Re=5000 de÷eri için karúÕlaútÕrÕlmasÕ. Eú düzey e÷rilerinin minimum de÷eri ve eú düzey e÷rileri arasÕndaki artÕmŇZ Ňmin=ҨZ Ňmin= 2’ dir.

ùekil 4.27 ve 4.28'da serbest yüzey akÕú etkisi altÕnda yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, 2mm çapa sahip o-ringli küre ve delikli küre modelleri için Reynolds sayÕsÕnÕn 5000 de÷erinde ve daldÕrma oranÕnÕn 0.5” h/D”3.0 aralÕ÷Õnda yapÕlan PIV deneylerinin zaman ortalamasÕ alÕnmÕú akÕm çizgileri modelleri karúÕlaútÕrÕlmalÕ olarak sunulmuútur.

Dönümlü akÕú yapÕsÕ kararsÕzlÕ÷Õndan dolayÕ yüzeyle birleúme noktasÕ olan ''R'' rastgele ileri ve geri hareket etmektedir ve bu yüzden anlÕk hÕz vektörlerinde yüzeyle birleúme noktasÕ ''R'' ve hÕzÕn sÕfÕr oldu÷u nokta ''S'' 'in yeri net olarak tespit

edilememektedir. Bu yüzden zaman ortalamasÕ alÕnmÕú akÕm çizgileri modelleri hesaplanmÕútÕr ve Çizelge 4.3 ve 4.4'te kritik noktalarÕn yerleri verilmiútir. AyrÕca akÕm çizgisi úekillerinde odak noktalarÕ ''F'' sembolü ile gösterilmiútir. Küre çevresinde oluúan kayma tabakalarÕnÕn birleúme noktasÕ veya kürenin yakÕn yüzeyinden itibaren oluúan akÕm çizgilerinin bir araya geldi÷i nokta olarak ifade edilen yer ''S'' sembolü ile ifade edilmiútir. Kürenin alt kÕsmÕndan ayrÕlan akÕúÕn serbest yüzeyle birleúti÷i nokta ise ''R'' sembolü ile gösterilmiútir. Küre merkez eksenine göre saat yönünde veya saat yönünün tersi yönde dönen akÕm çizgilerinin odak noktalarÕ “F1 veF3” olarak isimlendirilmiútir

ve bu noktalar üç boyutlu akÕú yapÕsÕnÕ temsil etmektedir.

Serbest yüzeyle kürenin tam temas etti÷i daldÕrma oranÕ h/D=1.0 durumunda kürenin alt kÕsmÕndan ayrÕlan akÕúÕn oluúturdu÷u büyük sirkülasyon bölgesinde saat yönünün tersi yönünde dönen sadece F ile gösterilen tek bir odak noktasÕ oluúmuútur.

Delikli küre akÕm çizgisi sonuçlarÕnda h/D=1.1 daldÕrma oranÕndan itibaren di÷er durumlardan farklÕ olarak F1 ve F2 odak noktalarÕnÕn yanÕnda F3 ve F4 odak

noktalarÕ da oluúmaya baúlamÕútÕr. Delikli küre durumunda art izi içine delik yardÕmÕyla ile dahil edilen jet akÕú girdap kopma karakteristiklerini etkilemektedir. Bunun yanÕnda art izinde iyi bir akÕú karÕúÕmÕ olmasÕnÕ sa÷lar ve taúÕnÕmla olan ÕsÕ transferini de olumlu yönde etkiler.

Pasif akÕú kontrollü küre modellerinde tanÕmlanan S1 noktasÕnÕn yeri çok az bir

de÷iúim göstermektedir. AkÕú kontrolü uygulanan küre durumlarÕnda art izi bölgesinin boyutlarÕnda azalma meydana gelmesine ra÷men sirkülasyon bölgesindeki girdaplar karmaúÕk yapÕsÕnÕ korumaktadÕrlar. Delikli küre durumunda h/D=1.5 daldÕrma oranÕndan itibaren jet akÕútan dolayÕ hÕzlarÕn sÕfÕr oldu÷u S2 ile ifade edilen ikinci bir

durma noktasÕ oluúmaya baúlamÕútÕr.

DaldÕrma oranÕ h/D=3.0 oldu÷u durumda pürüzsüz, pürüzlü ve delikli küre modellerinde art izi bölgesinde çok az de÷iúim olmuútur ancak 2mm çapÕndaki o-ringli küre modelinde küre etrafÕndan akÕú ayrÕlmasÕnÕn geciktirilmesinden dolayÕ art izi bölgesi önemli ölçüde azalmÕútÕr.

Genel olarak kürelerin art izi bölgesine bakÕldÕ÷Õnda serbest yüzey etkisinden dolayÕ art izinin alt kÕsmÕ dikey yönde daha geniú ancak yatay yönde üst kÕsma göre daha kÕsa olarak görülmektedir. Delikli küre durumu için art izindeki akÕma dik yöndeki sirkülasyon bölgesi iki büyük ölçek ve bir küçük ölçek boyutta oluúmuútur. Di÷er akÕú kontrol durumlarÕnÕn tersine 2mm çapÕndaki o-ringli küre durumunda art izinde bir azalma görülmektedir. 2mm çapÕnda ve 55° açÕyla yerleútirilmiú o-ringli küre

durumunda art izi bölgesindeki akÕú yapÕsÕ önemli derecede pasif olarak kontrol edilmiútir ve bu yüzden küre merkezi ve S noktasÕ arasÕndaki mesafe akÕm çizgileri modelinde görüldü÷ü gibi azalmÕútÕr.

DaldÕrma oranÕ h/D=1.1'dan daha büyük oldu÷u durumlarda birden fazla odak noktasÕ (F) meydana gelmeye baúlamÕútÕr. Pürüzsüz, pürüzlü ve o-ringli küre durumlarÕnda iki adet odak noktasÕ oluúurken delikli küre durumunda odak noktalarÕnÕn sayÕsÕ jet akÕútan dolayÕ dört adet olmuútur. DaldÕrma oranÕ h/D=2.0, 2.5 ve 3.0 oldu÷u durumlarda serbest yüzey etkisi önemli ölçüde azalmÕútÕr ve delikli ile o-ringli küre akÕú yapÕsÕnÕ gözle görülür úekilde kontrol etmiútir ancak pürüzsüz ve pürüzlü küre durumunda akÕú yapÕsÕnda çok az de÷iúim oldu÷u görülmektedir. Bununla birlikte sirkülasyon bölgesinin yapÕsÕ üniform akÕú úartlarÕna yaklaútÕ÷Õ için makul bir úekilde simetrik olmaya baúlamÕútÕr. DaldÕrma oranÕnÕ h/D=3.0 oldu÷u durumda akÕm çizgileri modelleri tüm küre durumlarÕ için küre merkezine göre tam simetrik yapÕya yaklaúmÕútÕr.

ùekil 4.27. Serbest su yüzeyi etkisi altÕnda olan konuma yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, delikli

küre d/D=0.15 ve o-ringli küre (55o'de 2mm o-ring) durumunda akÕú yapÕsÕnÕn ortalama akÕm çizgileri \!'nin küreyle serbest su yüzeyi arasÕndaki daldÕrma oranÕ de÷erlerinin 0.5”G/D”1.25 aralÕ÷Õnda ve Reynolds sayÕsÕnÕn Re=5000 de÷eri için karúÕlaútÕrÕlmasÕ.

ùekil 4.28. Serbest su yüzeyi etkisi altÕnda olan konuma yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, delikli

küre d/D=0.15 ve o-ringli küre (55o'de 2mm o-ring) durumunda akÕú yapÕsÕnÕn ortalama akÕm çizgileri \!'nin küreyle serbest su yüzeyi arasÕndaki daldÕrma oranÕ de÷erlerinin 1.5”G/D”3.0 aralÕ÷Õnda ve Reynolds sayÕsÕnÕn Re=5000 de÷eri için karúÕlaútÕrÕlmasÕ.

ùekil 4.29 ve 4.30'da serbest yüzey akÕú etkisi altÕnda yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, 2mm çapa sahip o-ringli küre ve delikli küre modelleri için Reynolds sayÕsÕnÕn 5000 de÷erinde ve daldÕrma oranÕnÕn 0.5 ”h/D”3.0 aralÕ÷Õnda yapÕlan PIV deneylerinin zaman ortalamasÕ alÕnmÕú akÕm yönündeki hÕz eú düzey e÷rileri karúÕlaútÕrÕlmalÕ olarak verilmiútir.

ùekil 4.29. Serbest su yüzeyi etkisi altÕnda olan konuma yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, delikli

küre d/D=0.15 ve o-ringli küre (55o'de 2mm o-ring) durumunda akÕú yapÕsÕnÕn akÕm yönündeki ortalama hÕz eú düzey e÷rilerinin u*!, küreyle serbest su yüzeyi arasÕndaki daldÕrma oranÕ de÷erlerinin 0.5”G/D”1.25 aralÕ÷Õnda ve Reynolds sayÕsÕnÕn Re=5000 de÷eri için karúÕlaútÕrÕlmasÕ. Eú düzey e÷rilerinin minimum de÷eri ve eú düzey e÷rileri arasÕndaki artÕm Ňu !Ňmin=Ҩu !Ňmin= 0.1’dir.

ùekil 4.30. Serbest su yüzeyi etkisi altÕnda olan konuma yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, delikli

küre d/D=0.15 ve o-ringli küre (55o'de 2mm o-ring) durumunda akÕú yapÕsÕnÕn akÕm yönündeki ortalama hÕz eú düzey e÷rilerinin u*!, küreyle serbest su yüzeyi arasÕndaki daldÕrma oranÕ de÷erlerinin 1.25”G/D”3.0 aralÕ÷Õnda ve Reynolds sayÕsÕnÕn Re=5000 de÷eri için karúÕlaútÕrÕlmasÕ. Eú düzey e÷rilerinin minimum de÷eri ve eú düzey e÷rileri arasÕndaki artÕm Ňu !Ňmin=Ҩu !Ňmin= 0.1’dir.

ùekil 4.31 ve 4.32'de serbest yüzey akÕú etkisi altÕnda yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, 2mm çapa sahip o-ringli küre ve delikli küre modelleri için Reynolds sayÕsÕnÕn 5000 de÷erinde ve daldÕrma oranÕnÕn 0.5”h/D”3.0 aralÕ÷Õnda yapÕlan PIV deneylerinin zaman ortalamasÕ alÕnmÕú akÕm yönündeki hÕz çalkantÕ de÷erleri karúÕlaútÕrÕlmalÕ olarak sunulmuútur.

Serbest su yüzeyinin etkili oldu÷u daldÕrma oranlarÕnda art izi bölgesinin alt yarÕm kÕsmÕndaki hÕz çalkantÕ büyüklükleri üst yarÕ kÕsmÕna göre daha yüksek de÷erler almÕútÕr. AkÕm yönündeki hÕz çalkantÕlarÕnÕn de÷erleri eddy girdaplarÕnÕn da÷ÕlÕmÕndan dolayÕ daldÕrma oranÕ arttÕkça artmÕútÕr. DaldÕrma oranÕ h/D=1.0'da art izi bölgesinde serbest yüzey etkisinin azalmasÕna ra÷men tüm dikey kesitlerdeki akÕm yönündeki hÕz çalkantÕ de÷iúimleri hala asimetrik olarak devam etmektedir. Serbest akÕm bölgesine

yakÕn kÕsÕmdaki dönümlü akÕú hareketinin yüksek oranda dolaúÕmÕndan dolayÕ sürüklenme oranÕ h/D=1.1 ve 1.25 daldÕrma oranlarÕnda daha yüksektir ve bu durum art izi akÕú yapÕsÕndaki kararsÕzlÕ÷Õ da artÕrmaktadÕr.

DaldÕrma oranÕ h/D=1.0 durumunda, sadece küre simetri ekseninin alt kÕsmÕndaki kayma tabakasÕnda akÕm yönündeki hÕz çalkantÕlarÕ oluúmuútur. Ancak, daldÕrma oranÕ h/D=1.1 ve 1.25 oldu÷u durumlarda art izi bölgesinin hem alt hem de üst kayma tabakasÕnda akÕú ayrÕlmasÕndan dolayÕ iki adet maksimum nokta meydana gelmiútir.

ùekil 4.31. Serbest su yüzeyi etkisi altÕnda olan konuma yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, delikli

küre d/D=0.15 ve o-ringli küre (55o'de 2mm o-ring) durumunda akÕú yapÕsÕnÕn akÕm yönündeki ortalama hÕz çalkantÕsÕ u*rms! eú düzey e÷rilerinin, küreyle serbest su yüzeyi arasÕndaki daldÕrma oranÕ

de÷erlerinin 0.25”G/D”1.25 aralÕ÷Õnda ve Reynolds sayÕsÕnÕn Re=5000 de÷eri için karúÕlaútÕrÕlmasÕ. Eú düzey e÷rilerinin minimum de÷eriŇu*rms!Ňmin =0.075 ve aralarÕndaki artÕm

Bu hÕz çalkantÕlarÕnÕn de÷erleri üst kayma tabakasÕ ve alt kayma tabakasÕ için sÕrasÕyla 0.316 ve 0.210 olarak tespit edilmiútir. DaldÕrma oranÕ h/D=2.0 oldu÷unda akÕm yönündeki hÕz çalkantÕlarÕnÕn maksimum de÷erleri di÷er pozisyonlardan biraz daha yüksek de÷erler almÕútÕr. AkÕm yönündeki hÕz çalkantÕlarÕnÕn yerleri küre simetri merkezinden hemen hemen eúit uzaklÕktaki mesafelerde iki adet belirlenmiútir.

ùekil 4.32. Serbest su yüzeyi etkisi altÕnda olan konuma yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, delikli

küre d/D=0.15 ve o-ringli küre (55o'de 2mm o-ring) durumunda akÕú yapÕsÕnÕn akÕm yönündeki ortalama hÕz çalkantÕsÕ u*rms! eú düzey e÷rilerinin, küreyle serbest su yüzeyi arasÕndaki daldÕrma oranÕ

de÷erlerinin 1.5”G/D”3.0 aralÕ÷Õnda ve Reynolds sayÕsÕnÕn Re=5000 de÷eri için karúÕlaútÕrÕlmasÕ. Eú düzey e÷rilerinin minimum de÷eriŇu*rms!Ňmin =0.075 ve aralarÕndaki artÕm Ҩu*rms! Ňmin =0.025' tir.

Bu hÕz çalkantÕlarÕnÕn de÷erleri üst kayma tabakasÕ ve alt kayma tabakasÕ için sÕrasÕyla 0.316 ve 0.210 olarak tespit edilmiútir. DaldÕrma oranÕ h/D=2.0 oldu÷unda akÕm yönündeki hÕz çalkantÕlarÕnÕn maksimum de÷erleri di÷er pozisyonlardan biraz daha yüksek de÷erler almÕútÕr. AkÕm yönündeki hÕz çalkantÕlarÕnÕn yerleri küre simetri

merkezinden hemen hemen eúit uzaklÕktaki mesafelerde iki adet belirlenmiútir. HÕz çalkantÕlarÕndaki simetrik olmayan görünüú, alt kÕsÕmdaki kayma tabakasÕnda bir kalÕnlaúma üst kÕsÕmdaki kayma tabakasÕnda ise bir incelme oldu÷unu göstermektedir. DaldÕrma oranÕ h/D=1.5 ve h/D=2.0 durumlarÕnda küre etrafÕndaki kayma tabakasÕnÕn yaklaúÕk olarak birleúti÷i noktada akÕma ters yöndeki hÕz çalkantÕsÕ tek bir maksimum de÷ere sahiptir.

ùekil 4.33 ve 4.34'te serbest yüzey akÕú etkisi altÕnda yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, 2mm çapa sahip o-ringli küre ve delikli küre modelleri için Reynolds sayÕsÕnÕn 5000 de÷erinde ve daldÕrma oranÕnÕn 0.5” h/D”3.0 aralÕ÷Õnda yapÕlan PIV deneylerinin zaman ortalamasÕ alÕnmÕú akÕm yönüne dik yöndeki hÕz çalkantÕ de÷erleri karúÕlaútÕrÕlmalÕ olarak sunulmuútur.

ùekil 4.33. Serbest su yüzeyi etkisi altÕnda olan konuma yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, delikli

küre d/D=0.15 ve o-ringli küre (55o'de 2mm o-ring) durumunda akÕú yapÕsÕnÕn akÕma dik yöndeki ortalama hÕz çalkantÕlarÕ eú düzey e÷rilerinin v*rms!, küreyle serbest su yüzeyi arasÕndaki daldÕrma oranÕ

de÷erlerinin 0.25”G/D”1.25 aralÕ÷Õnda ve Reynolds sayÕsÕnÕn Re=5000 de÷eri için karúÕlaútÕrÕlmasÕ. Eú düzey e÷rilerinin minimum de÷eriŇv*rms!Ňmin=0.050 ve eú düzey e÷rileri arasÕndaki artÕm

Serbest yüzey etkisinin azaldÕ÷Õ daldÕrma oranlarÕnda akÕma ters yöndeki hÕz çalkantÕlarÕnda tek bir maksimum de÷er oluúurken, akÕm yönündeki hÕz çalkantÕlarÕnda iki adet maksimum nokta oluútu÷u gözlemlenmiúitr.

ùekil 4.34. Serbest su yüzeyi etkisi altÕnda olan konuma yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, delikli

küre d/D=0.15 ve o-ringli küre (55o'de 2mm o-ring) durumunda akÕú yapÕsÕnÕn akÕma dik yöndeki ortalama hÕz çalkantÕlarÕ eú düzey e÷rilerinin v*rms!, küreyle serbest su yüzeyi arasÕndaki daldÕrma oranÕ

de÷erlerinin 1.5”G/D”3.0 aralÕ÷Õnda ve Reynolds sayÕsÕnÕn Re=5000 de÷eri için karúÕlaútÕrÕlmasÕ. Eú düzey e÷rilerinin minimum de÷eriŇv*rms!Ňmin=0.050 ve eú düzey e÷rileri arasÕndaki artÕm

Ҩv*rms!Ňmin=0.025' tir.

Serbest yüzey ve küre art izi etkileúiminin sonuçlarÕnÕ göstermek için Reynolds gerilme korelasyonlarÕ ùekil 4.35 ve ùekil 4.36'da daldÕrma oranÕ 0.5”h/D”3.0 aralÕ÷Õnda Reynolds sayÕsÕnÕn 5000 de÷eri için verilmiútir.

Serbest yüzey akÕúÕ etkisinde ki bir kürenin art izinde oluúan Reynolds gerilmelerinin negatif ve pozitif üst de÷erleri küre simetri merkezine göre asimetrik

yerlerde oluúmuútur. Serbest yüzey etkisinin azaldÕ÷Õ yerden itibaren maksimum noktalarÕn yerleri simetrik yapÕ oluúturma e÷ilimindedir.

DaldÕrma oranÕ h/D=1.0 için alt kayma tabakasÕnda sadece pozitif Reynolds gerilmesi meydana gelmiútir. DaldÕrma oranÕ h/D=1.1 de÷erine arttÕkça, pürüzsüz, pürüzlü ve o-ringli küreler için pozitif ve negatif olmak üzere bir küme úeklinde oluúan Reynolds gerilmeleri, delikli küre durumunda küre sÕrtÕna çok yakÕn yerlerde iki adet daha Reynolds gerilme de÷erleri oluúmuútur. Bu durum delik içinden geçen jet akÕúÕn art izine dahil olmasÕ sonucu meydana gelmiútir. Ancak bu iki Reynolds gerilme de÷eri tüm daldÕrma oranlarÕnda alt ve üst kayma tabakalarÕnda oluúan gerilme de÷erlerinden küçüktür. Bunun nedeni ise bu noktalarÕn yerlerinin art izi bölgesinin içinde oluúmasÕndan kaynaklanmaktadÕr.

Küre üst kÕsmÕ ile kopan kayma tabakasÕ arasÕnda bir küme úeklinde maksimum de÷erler meydana gelmiútir. Reynolds gerilmelerinin büyüklükleri, ana akÕú bölgesi ile art izi arasÕnda yüksek oranda akÕú sürüklenmesi oldu÷undan de÷erini korumaktadÕr. Daha sonra dönümlü akÕú aúa÷Õ akÕm yönündeki ilerlerken tüm küreler ve küre konumlarÕ için bu büyüklük de÷erleri gücünü kaybetmektedir.

Art izi bölgesinin alt kÕsmÕ ile üst kÕsmÕ karúÕlaútÕrÕldÕ÷Õnda, türbülans yo÷unlu÷u art izi üst kÕsmÕnda su seviyesinin yüksek oldu÷u bölgeye yakÕn oldu÷u için daha büyüktür. Delikli kürenin taban kÕsmÕna çok yakÕn bölgedeki serbest akÕm akÕúÕnÕn art izi bölgesine sürüklenmesi sonucu kayma tabakasÕnda çalkantÕlar meydana getirmektedir ve dolayÕsÕyla Reynolds gerilmesi bu bölgede daha zayÕf olmaktadÕr. Serbest akÕm ile art izi bölgesi arasÕndaki basÕnç farkÕndan dolayÕ art izi bölgesi içine olan momentum transferi akÕúÕn bu davranÕúÕnÕ desteklemektedir.

Delikli küre modelinde deli÷in çÕkÕú bölgesinde oluúan pozitif ve negatif gerilmelerin büyüklükleri alt ve üst kayma tabakasÕnda meydana gelen gerilmelerin yarÕsÕndan daha az de÷ere sahiptir. Pürüzsüz küre ile karúÕlaútÕrÕldÕ÷Õnda, delikli küre kritik altÕ Reynolds aralÕ÷Õnda bir akÕú olmasÕna ra÷men daha iyi bir girdap sönümleme performansÕ göstermiútir.

Reynolds gerilme úiddetlerinin maksimum de÷erleri pürüzsüz küre ile o-ringli küre durumunda birbirlerine yakÕn olmasÕna ra÷men, o-ringli küre durumunda bu de÷erlerin yerleri küre alt kÕsmÕna daha yakÕn art izi bölgesinde oluúmuútur.

ùekil 4.35. Serbest su yüzeyi etkisi altÕnda olan konuma yerleútirilen pürüzsüz küre, pürüzlü küre, delikli

küre d/D=0.15 ve o-ringli küre (55o'de 2mm o-ring) durumunda akÕú yapÕsÕnÕn ortalama Reynolds gerilmeleri eú düzey e÷rilerinin u'v' U_f2 !, küreyle serbest su yüzeyi arasÕndaki daldÕrma oranÕ de÷erlerinin 0.5”G/D”1.25 aralÕ÷Õnda ve Reynolds sayÕsÕnÕn Re=5000 de÷eri için karúÕlaútÕrÕlmasÕ. Eú düzey e÷rilerinin minimum de÷eriŇ<u'v' U2_f >Ňmin=0.004 ve eú düzey e÷rileri arasÕndaki artÕm

Ň<¨ 2

U v'

u' _f >Ňmin=0.004'tür.

Art izi bölgesinin üst yarÕm kÕsmÕ, alt yarÕm kÕsmÕndan daha çok serbest yüzeyin yüksek kinetik enerji etkisi altÕnda olmaktadÕr. Bu yüzden deney sonuçlarÕna göre genel olarak Reynolds gerilmelerinin de÷erleri art izi üst yarÕm kÕsmÕnda daha yüksek